【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院王忠良教授團(tuán)隊在磁粒子成像(MPI)領(lǐng)域取得系列重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》(中科院一區(qū)Top，IF=15.6)及材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Materials》(中科院一區(qū)Top，IF=26.8)。
MPI是一種可直接、定量、無輻射示蹤氧化鐵納米粒子的前沿分子影像技術(shù)，在腫瘤等重大疾病早期診斷方面極具潛力。然而，現(xiàn)有磁納米粒子多為磁共振成像(MRI)設(shè)計，與MPI的物理機制并不匹配，導(dǎo)致成像質(zhì)量受限。因此，針對MPI物理特性量身定制磁納米粒子已成為該領(lǐng)域亟待攻克的核心難題。針對上述瓶頸，團(tuán)隊成員凝練出兩大關(guān)鍵科學(xué)問題：1)如何設(shè)計高性能磁粒子成像探針，實現(xiàn)其理論靈敏度；2)如何構(gòu)建可精準(zhǔn)捕獲微小腫瘤的智能化平臺。
為此，團(tuán)隊成員楊鵬副教授提出“原子磁排布—納米磁結(jié)構(gòu)—介觀磁參數(shù)—宏觀磁性能”全鏈條構(gòu)效模型：以原子級可控化學(xué)合成精準(zhǔn)馴化成核速率、溫度、晶面抑制、摻雜與組裝，在納米尺度編程粒子的形貌、尺寸與表面特性，進(jìn)而改善其磁學(xué)參數(shù)，優(yōu)化其成像性能，為MPI技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化奠定了關(guān)鍵材料學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)成果以《Shape-Orchestrated Soft–Hard-Tandem Tracers: A Magnetic Control Strategy for Advanced Magnetic Particle Imaging》為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊J. Am. Chem. Soc。西安電子科技大學(xué)為論文第一通訊單位，王忠良教授為通訊作者，青年教師楊鵬副教授與碩士生段德尚為共同第一作者。
形狀調(diào)協(xié)的軟硬結(jié)合示蹤劑的設(shè)計原理
此外，基于上述研究，團(tuán)隊成員閆浩浩博士及張瑞麗副教授將仿生策略首次引入磁粒子成像領(lǐng)域，利用表達(dá)前列腺特異性膜抗原(PSMA)靶向抗體片段(gy-1)的基因工程巨噬細(xì)胞膜進(jìn)行表面功能化，獲得腫瘤靶向探針Fe3104PMgy-1，一舉突破體內(nèi)短代謝與微轉(zhuǎn)移灶難檢的雙重桎梏，實現(xiàn)了百量級(800個)腫瘤細(xì)胞的在體檢測，并在活體水平完成0.5 mm前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的MPI早診，靈敏度比肩臨床金標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)成果以《Unleashing the Power of Magnetic Particle Imaging: Tailored Magnetic Nanoparticles for Ultrasensitive Detection of Bone Metastases in Prostate Cancer》為題，發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials。王忠良教授、中科院自動化所杜洋研究員、北京航空航天大學(xué)田捷教授、空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院韓東暉副主任醫(yī)師為共同通訊作者，西安電子科技大學(xué)閆浩浩博士、中科院自動化所史光源博士、西安電子科技大學(xué)張瑞麗副教授為共同第一作者。
基因工程巨噬細(xì)胞膜偽裝的定制磁納米粒子精準(zhǔn)識別前列腺癌骨轉(zhuǎn)移示意圖
王忠良教授團(tuán)隊提出的“底層原子設(shè)計—介觀性能編碼—宏觀精準(zhǔn)診斷”的貫通式創(chuàng)新，為下一代高靈敏、高分辨分子影像探針的設(shè)計提供了全新范式，不僅夯實了MPI從實驗臺走向病床的理論與技術(shù)基石，也彰顯了團(tuán)隊在分子影像領(lǐng)域關(guān)鍵科學(xué)問題上的持續(xù)深耕與突破。相關(guān)工作也得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、陜西省重點研發(fā)計劃、陜西省自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等項目資助。
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